Prueba de relación de transformación: procedimiento, cálculo y resultados

A prueba de relación de espiras del transformador comprueba si la relación medida entre los devanados de un transformador coincide con su diseño y con la conexión de su placa de características. Un equipo de prueba aplica un voltaje de CA bajo y controlado a un devanado, mide el voltaje inducido en otro devanado y reporta la relación, la relación de fase y, a menudo, la corriente de excitación. La prueba puede revelar una posición incorrecta de las derivaciones, errores de conexión, circuitos abiertos y algunos defectos en los devanados, por sí sola no puede diagnosticar todos los problemas internos. El transformador debe estar aislado, sin tensión, descargado y ser probado por personal calificado utilizando el procedimiento aprobado para la unidad específica.

Lo que verifica la prueba de relación de transformación de un transformador

La relación de voltaje fundamental de un transformador ideal sigue la relación de devanados:

V_H / V_L = N_H / N_L

Aquí, V es el voltaje y N es el número de espiras; H y L identifican los devanados de mayor y menor voltaje. Un instrumento de campo no cuenta espiras. Mide la relación de voltaje bajo una pequeña excitación de prueba y compara el resultado con la relación esperada a partir de los voltajes de placa, la posición de la derivación, la configuración del devanado y el grupo vectorial.

La prueba es valiosa durante la aceptación en fábrica, la puesta en marcha, la inspección posterior al transporte, la resolución de problemas y el mantenimiento basado en condiciones. Las pruebas de relación pueden ayudar a identificar una relación de bobinado alterada al comparar los resultados de campo con los datos de la placa de características, de fábrica y anteriores. El resultado debe interpretarse junto con otras pruebas, no utilizarse como un veredicto independiente.

Cuando los equipos de proyecto utilizan las pruebas TTR

Un resultado de referencia tomado antes de la energización le proporciona al propietario una referencia para futuras comparaciones. Las pruebas son especialmente útiles después de la entrega porque los impactos, las conexiones internas flojas o una reconexión externa incorrecta pueden no ser evidentes durante una inspección visual. También se incluyen comúnmente después de una reparación mayor, trabajos en el conmutador de derivación, la operación de protección o un evento anormal.

Para un transformador nuevo, el registro de pruebas debe identificar el número de serie, el instrumento de prueba, el estado de calibración, la temperatura del devanado o la condición ambiental cuando sea relevante, la tensión de prueba, la posición de la toma, el modo de conexión, la relación medida, la relación esperada, la desviación, la corriente de excitación y el resultado del ángulo de fase o grupo de conexión. Dicho registro es más útil que una simple declaración de “aprobado” porque respalda la comparación de tendencias y la revisión de ingeniería.

Información necesaria antes de conectar el equipo de prueba

Comience con los documentos aprobados del transformador en lugar de adivinar a partir de las posiciones de los terminales. Obtenga la fotografía de la placa de características, el diagrama unifilar, el diagrama de devanados, el grupo de conexión, las tensiones nominales primaria y secundaria, la frecuencia, las derivaciones disponibles, la disposición del neutro y el informe de ensayos del fabricante. Confirme si el equipo es un diseño de dos devanados, tres devanados, autotransformador, monofásico o trifásico.

La posición de la toma importa. Un cambiador de tomas sin carga o bajo carga cambia deliberadamente la relación de espiras efectiva. Un resultado comparado con la referencia de toma incorrecta puede parecer defectuoso incluso cuando el transformador está bien. Registre tanto la indicación mecánica como la posición eléctrica disponible para el procedimiento de prueba.

Las conexiones trifásicas también afectan la relación entre la tensión de línea y de fase. No se pueden ignorar las conexiones en triángulo, estrella, en zig-zag ni el desplazamiento de fase. Los equipos de prueba trifásicos modernos pueden evaluar las fases y las relaciones vectoriales automáticamente, pero el operador aún debe introducir la configuración correcta. Para la marcación de bornes y las convenciones de conexión, consulte IEEE C57.12.70. La norma de contrato aplicable y los datos del fabricante rigen la decisión de aceptación real.

Procedimiento seguro para la prueba de relación de espiras del transformador

Esta descripción general es para fines de planificación y revisión, no un sustituto de un método de trabajo aprobado. Las pruebas deben ser realizadas por personal calificado dentro del programa de seguridad eléctrica del sitio.

1. Identifique y aísle el transformador. Verifique el activo correcto y todas las fuentes posibles, incluida la retroalimentación de sistemas secundarios, devanados terciarios, servicios auxiliares, generadores y cables conectados.
2. Establecer una condición de trabajo eléctricamente segura. Aplique el proceso de bloqueo/etiquetado de las instalaciones, verifique la ausencia de tensión con un instrumento adecuado, descargue la energía almacenada e instale puestas a tierra de protección cuando el procedimiento aprobado lo requiera. OSHA guía para el control de la energía peligrosa explica las bases de los programas de bloqueo y etiquetado.
3. Inspeccionar y documentar. Observe el estado de los terminales, la contaminación, los daños, la puesta a tierra, la indicación de la toma y los datos de la placa de características. No continúe si la identidad o la conexión del equipo es incitierta.
4. Desconecte los circuitos cuando sea necesario. Los cables conectados, los descargadores de sobretensiones, los transformadores de potencial u otros componentes pueden influir en la configuración o exponer el equipo a una tensión de prueba no deseada. Siga las instrucciones del fabricante y del equipo de prueba.
5. Conecte los cables a los devanados designados. Mantenga los cables organizados, seguros y alejados de metal conectado a tierra. Confirme las etiquetas de las fases antes de aplicar la tensión de prueba.
6. Seleccione la configuración correcta del objeto de prueba. Introduzca las tensiones nominales, la conexión de los devanados, el grupo vectorial, la frecuencia, la fase y la posición de la toma. Una configuración incorrecta produce resultados engañosos.
7. Ejecuta la secuencia en cada toque requerido. Observe la relación, la desviación, la corriente de excitación y la relación de fase. Deténgase si las lecturas son inestables o inconsistentes con la conexión esperada.
8. Guardar los resultados sin procesar y restaurar el transformador. Retire las derivaciones de prueba, restablezca las desconexiones temporales y las tomas al estado aprobado, realice una verificación independiente y actualice el registro de puesta en marcha.

Cómo calcular la desviación de la razón

Muchos instrumentos calculan la desviación automáticamente. Para una revisión de ingeniería:

Desviación (%) = (Proporción medida − Proporción esperada) / Proporción esperada × 100

Supongamos que la relación esperada para la toma seleccionada es 20,000 y que el instrumento indica 20,060. La desviación es (20,060 − 20,000) / 20,000 × 100 = 0,301 TP3T. Este cálculo aritmético no determina por sí solo la aceptación. La relación esperada correcta debe reflejar la conexión real del devanado y la posición de la toma, y el resultado debe evaluarse teniendo en cuenta la norma aplicable, los límites del fabricante, el informe de fábrica, la incertidumbre del instrumento y las especificaciones del proyecto.

La edición actual de IEEE C57.152 describe las pruebas de diagnóstico de campo de los transformadores de potencia sumergidos en líquido y enfatiza la interpretación combinada de los resultados de diagnóstico. Los transformadores de tipo seco y especiales pueden estar regidos por diferentes normas y procedimientos del fabricante.

Interpretando patrones en lugar de un solo número

Desviación similar en todas las fases

Un desfase constante puede apuntar a la relación esperada incorrecta, una referencia de tomas incorrecta, un error de introducción de datos o un problema de conexión sistemático. Confirme las tensiones de la placa de características y si el software espera valores de línea a línea o de fase antes de asumir un defecto interno.

Una fase difiere de las otras

Una diferencia específica de fase merece investigación. Las posibles causas incluyen un mal contacto de los terminales, terminales etiquetados incorrectamente, una conexión de devanado abierta o dañada, problemas de contacto en el cambiador de derivaciones o daños en el devanado. Repita la prueba solo después de verificar la configuración; no energice repetidamente un circuito de prueba dudoso sin entender la anomalía.

La proporción cambia irregularmente entre toques

Se suele anticipar una progresión suave y esperada en las posiciones de los taps. Una discontinuidad puede indicar una indicación mecánica incorrecta, un problema de conexión o un problema en el cambiador de taps. Compare la secuencia con los datos de fábrica y el diagrama del cambiador de taps.

Corriente de excitación anormal

La corriente de excitación es sensible a la tensión de prueba, la conexión, el estado del núcleo, el magnetismo residual y el método del instrumento. Puede respaldar el diagnóstico, pero no debe interpretarse sin una comparación de fases, lecturas anteriores y la orientación del equipo de prueba.

Errores comunes en las pruebas

• Comparar el resultado de campo con la relación nominal en lugar de la relación esperada para la derivación real.
• Introducir el grupo vectorial o la conexión de devanados incorrectos.
• Dejar circuitos externos conectados sin verificar su efecto.
• Utilizar conexiones de plomo deficientes, contaminadas o mal etiquetadas.
• Registrar únicamente una etiqueta de aprobado/reprobado y perder los datos sin procesar fase por fase.
• Aplicando una tolerancia universal a cada transformador y propósito de prueba.
• Tratar un resultado satisfactorio de la relación de transformación (TTR) como prueba de que el aislamiento, el núcleo, los pasatapas y todas las partes mecánicas se encuentran en buen estado.

Cómo se integra el TTR en la puesta en servicio de transformadores

Las pruebas de relación son una parte de un paquete de puesta en marcha coordinado. El alcance final puede incluir resistencia de aislamiento, resistencia de devanados, corriente de excitación, factor de potencia o factor de disipación, comprobaciones de puesta a tierra del núcleo, pruebas de líquido para unidades llenas de líquido, comprobaciones funcionales de alarmas y refrigeración, pruebas de protección y verificación de la puesta a tierra y la rotación de fases. La combinación exacta depende del tipo de transformador, la clase de tensión, el contrato, la norma aplicable y las instrucciones del fabricante.

Los equipos de compras pueden reducir la incertidumbre en el sitio solicitando los resultados de la relación de transformación de fábrica para cada toma y asegurándose de que la placa de características, el grupo vectorial y los diagramas de bornes sean aprobados antes del envío. La guía de Shenheng para valores nominales de la placa de características del transformador ayuda a los equipos a identificar la información necesaria para la comparación, mientras que el artículo sobre impedancia del transformador y operación en paralelo explica un parámetro independiente que TTR no verifica.

Para proyectos que evalúan equipos, revise los de Shenheng transformador sumergido en aceite de 35 kV y transformador seco encapsulado en resina de 6–10 kV. Los requisitos de la prueba final deben acordarse con respecto al diseño real solicitado.

Video educativo: fundamentos del circuito equivalente del transformador

La siguiente conferencia del NPTEL del IIT de Delhi explica las relaciones de voltaje y circuitos detrás de las mediciones de transformadores. Proporciona teoría; no reemplaza las normas de seguridad del sitio ni el manual del equipo de prueba.

Preguntas frecuentes sobre la prueba de relación de transformación

¿Requiere una prueba de TTR que el transformador esté desenergizado?

Las pruebas convencionales de relación de transformación (TTR) en campo se realizan con el transformador aislado y desenergizado. Todas las fuentes y posibles retroalimentaciones deben controlarse bajo el procedimiento de seguridad aprobado.

¿Puede una prueba de relación de espiras encontrar cada espira en cortocircuito?

No. Puede revelar cambios en la relación asociados con problemas de bobinado, pero la sensibilidad depende del defecto, el diseño del transformador, la conexión y el método. Los resultados deben combinarse con otras evidencias de diagnóstico.

¿Debe probarse cada grifo?

Los programas de puesta en marcha y posterior mantenimiento suelen requerir la secuencia de tomas especificada porque verifica tanto la progresión de la relación como las conexiones del cambiador de tomas. Siga el procedimiento del proyecto y del fabricante.

¿Es la relación de voltaje siempre idéntica a la relación de espiras físicas?

La relación ideal es proporcional, pero las relaciones de línea/fase trifásicas, los grupos de conexión, las tomas, el método de medición y las pérdidas reales deben manejarse correctamente al calcular el resultado de campo esperado.

¿Qué debe incluirse en un informe TTR?

Incluya la identidad del activo, los datos de la placa de características, el grupo vectorial, las tomas, los detalles de los instrumentos y de calibración, la tensión de prueba, los resultados fase por fase, la desviación, la corriente de excitación cuando se mida, las observaciones, la base de aceptación y la aprobación del revisor.